Python基础编程——作用域与类的命名空间

off999 2024-11-01 12:49 39 浏览 0 评论

上一节介绍了Python中的特殊方法，由于我们后面写的程序会越来越复杂，程序中的变量、类、方法等会越来越多，如果其命名不规范会出现一些莫名其妙的问题。因此本节将介绍一下作用域、类的命名空间等。

作用域

在前面的程序中我们已经很多次地使用了变量，那么变量到底是什么呢？我们可以理解为变量是指向对象的引用，我们在编程中使用标识符来表示变量。有一点我们应该时刻谨记，在面向对象编程中，一切皆为对象，例如：字符串、数字、列表、元组、字典等等，它们都是对象，是类的实例。那么什么是作用域呢？请看如下action_scope.py程序所示：

action_scope.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

string = 'Hello, Python'
scope = vars()

print(scope['string'])
print(scope['string'] + '! Hello, World!')

程序执行结果如下所示：
Hello, Python
Hello, Python! Hello, World!

在上面的程序中定义了一个变量string，并将字符串'Hello, Python'赋值给变量string，因此变量string指向了'Hello, Python'，这几乎与字典是一样的（字典中的键指向值）。并且使用了一个内置函数vars()，该函数返回一个不可见的字典，我们当然可以打印这个返回的字典的值。

注意：不要修改vars()函数返回的字典，根据官方文档的说法，修改vars()函数返回的字典，会出现意想不到的结果。

在上面这种“看不见的字典”称之为命名空间或作用域。在一个Python程序的文件中，除全局作用域外，每个函数调用都将创建一个命名空间。具体如下action_scope.py程序所示：

action_scope.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-


# string = 'Hello, Python'
# scope = vars()
#
# print(scope['string'])
# print(scope['string'] + '! Hello, World!')

string = 'Hello World!'


def foo():
    string = 'Hello Python!'
    print('string = {}'.format(string))


foo()

print('string = {}'.format(string))

程序执行结果如下所示：
string = Hello Python!
string = Hello World!

在上面的程序中，我们先定义了一个string变量并将其赋值为'Hello World!'，然后定义了一个foo()函数，用于修改变量string的值，但是当我们执行程序后，发现变量string的值并未发生改变。这是因为在调用foo()函数时创建了一个新的命名空间，仅供foo()函数中的代码块使用，赋值语句string = 'Hello Python'是在这个内部作用域（局部命令空间）中执行的，不影响外部作用域（全局作用域）内的变量string。在函数内部使用的变量称之为局部变量，参数也类似于局部变量，因此参数与全局变量同名也不会有任何问题。

注意：我们在实际开发中，全局变量、局部变量、参数尽量不要使用相同的标识符。

函数访问全局变量

全局变量由于其作用域的范围最广，因此可以在函数中直接方法，具体如下func_visit_global_var.py程序所示：

func_visit_global_var.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

global_var = 'Python编程爱好者！'


def my_print(parameter):
    print(parameter + global_var)


my_print('Hello ')

程序执行结果如下所示：
Hello Python编程爱好者！

在上面的程序中，我们在函数中直接使用了全局变量global_var的值，这通常是没有问题的。但是像这样访问全局变量通常是众多bug的根源，务必要谨慎使用全局变量。

遮盖问题

当我们在函数中访问全局变量时，如果存在一个局部变量或者函数参数与全局变量的名称相同，那么则无法直接访问这个全局变量，因为这时全局变量被局部变量给遮盖住了。

但如果我们仍然要访问全局变量的话，可以使用globals()函数来访问全局变量。这个函数类似于函数vars()返回一个包含全局变量的字典。同理函数locals()返回一个包含局部变量的的字典。具体如下globals_func.py程序所示：

globals_func.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

def say_hi(name):
    # 没有使用globals()函数时，使用的是传进来的实参
    print('Hello, my name is {}.'.format(name))


def another_say_hi(name):
    # 使用globals()函数后，使用的是全局变量中定义的变量name
    print('Hello, my name is {}.'.format(globals()['name']))


# 定义全局变量
name = 'Python'

say_hi(name='Java')
another_say_hi(name='Java')

程序执行结果如下所示：
Hello, my name is Java.
Hello, my name is Python.

从上面程序的执行结果我们可以看出，当使用函数globals()后，函数访问的是全局变量中的变量值，如果不使用函数golbals()则会使用传递给函数的实参值。

当我们在函数内部对变量进行赋值值，该变量默认为局部变量，除非明确的告诉Python解释器这是一个全局变量。在Pyton中使用global关键字来明确函数内部定义的变量为全局变量，具体如下golbal_var.py程序所示：

global_var.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

name = 'Python编程爱好者'


def my_func():
    global name

    print('name = {}'.format(name))


my_func()

程序执行结果如下所示：
name = Python编程爱好者

在上面的程序中，我们首先在全局作用域下定义一个全局变量name，然后在函数my_func()中使用关键字global来明确这里使用的是全局变量name。使用函数globals()和关键字global各有好处，但是都要谨慎使用全局变量。

建议在实际开发中，全局变量和局部变量的变量名不要重复，避免出现莫名其妙的问题。

类的命名空间

类的命名空间与函数的命名空间相似，在class中定义的代码都是在一个特殊的命名空间内执行的，这个命名空间我们称之为类的命名空间，类的所有成员都可以访问这个命名空间。具体如下class_action_scope.py程序所示：

class_action_scope.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

class Student:
    address = '北京'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def say_hi(self):
        print('我的名字是：{}，年龄是：{}，我来自于：{}'.format(self.name, self.age, self.address))


zhang_san = Student('张三', 20)
zhang_san.say_hi()

li_si = Student('李四', 21)
li_si.address = '上海'
li_si.say_hi()

wang_wu = Student('王五', 19)
wang_wu.address = '广州'
wang_wu.say_hi()

程序执行结果如下所示：
我的名字是：张三，年龄是：20，我来自于：北京
我的名字是：李四，年龄是：21，我来自于：上海
我的名字是：王五，年龄是：19，我来自于：广州

在上面的程序中，我们在类中定义了一个变量address，在实例的三个对象中，我们都可以访问变量address，在第一个实例中，我们直接使用了定义了变量address的值，在后面两个实例中，我们修改了变量address的值，新的值被写如了对象的属性中，这时属性就遮住了类级的变量，这个类似于我们上面介绍的函数中的局部变量与全局变量之间的关系。